In een baanbrekende prestatie hebben onderzoekers een kwantumanalogie onthuld van de tweede wet van de thermodynamica, wat nieuwe deuren opent in de kwantuminformatiewetenschap. Deze ontdekking, aangekondigd in juli 2025, introduceert het concept van een "verstrengelingsbatterij", een kwantumsysteem dat perfect omkeerbare transformaties van kwantumtoestanden mogelijk maakt.
De tweede wet van de thermodynamica beschrijft doorgaans de neiging van systemen naar wanorde. Het toepassen van dit principe in het kwantumgebied is echter een aanzienlijke uitdaging gebleken. De innovatieve benadering van het team omvat een verstrengelingsbatterij, die verstrengeling opslaat en faciliteert tijdens toestandtransformaties.
Door verstrengeling in of uit de batterij te injecteren of te extraheren, hebben de wetenschappers aangetoond dat elke gemengde toestandstransformatie perfect omkeerbaar kan worden gemaakt. Deze doorbraak pakt het langdurige probleem van onomkeerbaarheid in de manipulatie van kwantumverstrengeling aan, vooral onder lokale operaties en klassieke communicatie (LOCC) beperkingen.
De implicaties van dit onderzoek reiken verder dan de theoretische fysica en bieden een pad naar het begrijpen en beheersen van complexe kwantumnetwerken. De principes van de verstrengelingsbatterij kunnen worden gegeneraliseerd naar "hulpbronnenbatterijen", die andere kwantumhulpbronnen zoals coherentie of vrije energie behouden. Dit zou toekomstige kwantumtechnologieën kunnen revolutioneren en leiden tot zeer efficiënte systemen.
"We kunnen een batterij hebben die bedoeld is om coherentie of vrije energie te behouden, en dan kunnen we een omkeerbaar kader in deze setting formuleren," legt Alexander Streltsov, de hoofdauteur, uit. Dit nieuwe kader biedt een verenigde bewijsvoering op basis van gevestigde fysieke principes, en belooft ons begrip en manipulatie van de kwantumwereld te hervormen.